Антонов В.Ф. Практикум по биофизике

Подождите немного. Документ загружается.

2.2. Что покажет вольтметр, если:

в) в мембране открыты ионные каналы, через которые

могут

проходить только ионы К

г) в мембране открыты ионные каналы, через которые

могут

проходить только ионы Na

в)

г)

1/+

— калиевый

канал

—

натриевый

канал

мембрана мембрана

Кадр

Задание

3. Рассмотреть процесс выравнивания электрохими-

ческого потенциала: Д

вн

—» р

на

р для ионов К

, за

счет

оттока по-

следних из клетки. При этом электрический потенциал ф

вн

уменьшается до величины потенциала покоя

9jJ

В этом слу-

чае р

вн

= Д

нар

суммарный поток ионов К

равен 0 (кадр 8, 9).

Вопросы к заданию представлены на кадре 10.

ft f

то «

В и

ей О

ffi

лоио-

)ЧИС

личиве

клет-

окида]

(Я

ислом

иваетс

авн

клет-

Я"

входя

нов

ж ио-

арный

сунке

ей

вен

ей

'ается

— на-

етки,утр!

танавл

зе

равн

ей

вивша

ей

раз-

на мег

ей

га

1зыва-

енциал

пот

Е-

покоя

енциа.

пот

Ен

к"

етк]

эянии

м, что[ети

ТОК

>я

марны

вон

со

ану pai

ме:

Математически поток ионов описывается уравнением Нернста-Планка:

= -uRT (dc/dx) - uczF (d<p/dx), (1)

где u — подвижность иона, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температу-

ра, с —концентрация ионов, z — заряд иона в элементарных единицах заряда, F —

постоянная

Фарадея, dc/dx и dф/dx — градиенты концентрации и потенциала. В на-

чальный момент ф

вн

нар

и поэтому dф/dx = 0. Таким образом, в начальный мо-

мент поток ионов К

из клетки наружу 1

нар

определяется только диффузией: 1

на

р =

-uRT (dc/dx).

По

мере выхода ионов К

из клетки второе слагаемое уравнения (1) увеличивает-

ся

до тех пор, пока:

uRT (dc/dx) | = | uczF ^ф/dx) |. Тогда 1

= 0, т.е. в состоянии по-

коя

(когда клетка не возбуждена) ток через мембрану не идет. Возникающая при

этом разность потенциалов на мембране является потенциалом покоя ф

, величи-

ну которого можно оценить по формуле Нернста:

[

К+

1вн

[K+]

1нар

Кадр 9

Вопросы

по

третьему

заданию:

3.1. Что покажет вольтметр (клетка находится в состоянии покоя) в

случае

заме-

ны

аксоплазмы на межклеточную жидкость, а межклеточной жидкости на аксо-

плазму?

межклеточная

жидкость

межклеточная

жидкость

Кадр 10

Задание

Обсудите

ионный состав системы клетка-внекле-

точная жидкость при развитии потенциала действия. Относи-

тельная проницаемость мембраны для Na

изменилась

Pjy[

= 1 : 20, и Na

стал интенсивно

входить

в клетку — фа-

за деполяризации. После прекращения работы Na-каналов на-

ступает

фаза реполяризации: К

вытекает из клетки и

повторяется процесс, рассмотренный в задании 3.

го

О)

а.

О)

о>

ев

СГ

ей

О)

се ^

Я п

3 в

4 о

| 2

3 s

ф О

g О

со

ч:

ев

Потенциал

реверсии можно рассчитать для равновесного со-

стояния

ионов Na

[Na+]

вн

[Na+]

Hap

Ответьте

на вопросы, представленные на кадрах 11, 12.

ртому

со

, и есл

со

*й

версии

В"

№

Я"

;ост

ТОЧНО]

'я

аЗ

'ф

сош

ев

ч:

(Й

Задание

5. Обсудите кинетику токов через биологическую

мембрану в процессе возбуждения. В работе демонстрируются

графики

изменения Дф

при различных внешних электричес-

ких воздействиях на мембрану. Покадрово в динамике обсуж-

даются особенности графического построения потенциала дей-

ствия аксона (кадр 13).

со

о 3- vo

ев

п о

о «

ь*

В S

а s о

и К

СО Г ев

Ч и

ч к 5"

Я s. *^ "

« в a S

Подробно

показаны изменения Na

и К

токов при деполя-

ризации

и реполяризации мембраны (кадр 14). Разделение то-

ков

возможно благодаря использованию блокаторов:

— для Na

—тетродотоксина (ТТХ);

— для К

— тетраэтиламмония (ТЭА). Показаны как от-

дельные составляющие мембранного тока, так и суммарный

ток

через мембрану. Все графики синхронны.

Вопросы представлены на кадре 15.

та

Я о

, дост

аз

•3

юцесс

со

аз

СП

та

аз

та

аз

Вопросы

по

пятому

заданию:

5.1.

Смогут

ли и почему по мембране аксона распространяться нервные

импульсы с частотой 1000 Гц?

5.2. Нарисуйте ионные токи через мембрану аксона, если потенциал на

мембране равен +30 мВ и...:

а) тетродотоксином заблокированы Ка

-каналы;

б) тетраэтиламмонием заблокированы К

-каналы.

5.3. Нарисуйте потенциал действия в

случае

замены аксоплазмы на меж-

клеточную жидкость, а межклеточной жидкости на аксоплазму.

Кадр

2.2.

Изучение

свойств

потенциала

действия

эксперименте

Генерация биоэлектричества является одной из важнейших

функций

живой клетки. Генерация и передача биопотенциа-

лов лежит в основе возбудимости клеток, регуляции внутри-

клеточных процессов, работы нервной системы, регуляции

мышечного сокращения, рецепции. Посредством электричес-

ких нервных импульсов (потенциалов действия) в живом орга-

низме передается информация от рецепторов к нейронам моз-

га и от нейронов мозга к мышцам.

Цель

работы:

Изучить свойства потенциала действия (порог

возбужде-

ния,

амплитуда, длительность, скорость проведения нервного

импульса, влияние на скорость проведения местного анестети-

ка,

закон "все или ничего").

Литература:

Антонов

В.Ф. и др.

Биофизика.

— М.: Владос, 2000.

Подготовка

работе

Изучить по рекомендованному учебнику

следующие

вопро-

сы:

1. Виды биоэлектрических потенциалов. Мембранный по-

тенциал. Потенциал действия, потенциал покоя.

2. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана.

3. Роль ионных электрогенных насосов в создании мембран-

ного потенциала.

4. Потенциал действия, его свойства.

5. Ионные токи через мембрану при генерации потенциала

действия.

6. Эквивалентная электрическая

схема

участка

возбудимой

мембраны.

7. Уравнение Ходжкина-Хаксли.

8. Распространение потенциала действия по нервному во-

локну.